在距今约 125 万年至 75 万年前的更新世时期，冰川周期发生了变化，称为中更新世过渡（MPT）。在此期间，冰川/间冰期周期从每 4.1 万年一次转变为每 10 万年一次，冰川周期的振幅和不对称程度都有所增加。考虑到日照强迫--地球从太阳接收能量的变化--本身并不能解释这种变化，科学家们正在努力了解发生这些变化的原因。
现在，宾夕法尼亚大学艺术与科学学院曼恩研究小组和波茨坦气候影响研究所的科学家们发现，在上新世-更新世冰川的演化过程中存在着强烈的路径依赖性，也被称为滞后行为。这意味着冰川的演变不仅是二氧化碳水平和太阳输出等因素的函数，而且还受到以前事件的制约。
他们的研究表明，要产生 MPT，必须同时减少阻碍大冰原生长的沉积物--碎屑，以及火山喷发时释放到大气中的二氧化碳。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
"我们在这项研究中看到，在火山喷发量相同的情况下，模型计算出的大气二氧化碳浓度却不同。这表明碳循环并不是线性的，而是取决于其初始状态，"第一作者、曼恩研究小组博士后研究员朱迪特-卡里略（Judit Carrillo）说。
气候科学家迈克尔-曼（Michael E. Mann）说，这些结果表明，现在采取行动防止当今冰原崩塌还为时不晚。研究人员解释说，该模型可以确定火山排出的二氧化碳的去向。卡里略说，这可以帮助科学家更好地预测人为温室气体排放的影响。
这项研究使用了中等复杂程度的 CLIMBER-2 地球系统模型，其中包括大气、海洋、冰盖和碳循环等组成部分。曼恩解释说，这种模型可以让研究人员进行数百万年的模拟，而最复杂、最详细的模型是不可能做到这一点的。波茨坦研究所的马特奥-维利特（Matteo Willeit）是这篇论文的合著者之一，他领导了2019年的一项研究，利用这一模型重现了上新世-全新世冰川/间冰期循环的主要特征。
在新的研究中，研究人员在 2019 年论文的基础上，将模型向前和向后推移了 300 万年，测试了不同的碎屑岩配置，以评估它们对 MPT 的影响。结果表明，贫化的碎屑岩和降低的二氧化碳水平是产生 10 万年锯齿形周期的必要条件，但二氧化碳比碎屑岩贫化速度更能从根本上决定 MPT 的开始。
作者总结说："我们发现，这种演变是路径依赖的，具体来说，在时间上是不可逆转的。在从现代工业化前条件开始的实验中，用时间逆转的地球轨道和构造作用力将模型推回到过去，上新世晚期和更新世早期温暖、相对无冰的条件没有再现。"
曼恩补充说，这一发现可能会产生更广泛的影响："冰盖范围不仅取决于二氧化碳浓度，还取决于时间方向，即气候是处于冷却阶段还是变暖阶段，这一事实提供了一点好消息。尽管在几百万年前，二氧化碳浓度最后一次像今天这样高时，冰原范围大大缩小，海平面也大大提高，但冰原的崩溃可能尚未锁定。如果我们能迅速大幅降低碳排放量，我们就有了一点缓冲时间。"
研究人员提醒说，由于模拟是基于单一模型进行的，而且冰川/间冰期周期的长期模拟仍处于起步阶段，因此他们的结果并不是气候系统行为的最终表征，而"应被视为提供了动态行为的证据，值得通过多种建模框架进行进一步研究"。他们指出，在这项工作的基础上，下一步值得做的是将模拟时间进一步向前延伸，延伸到二氧化碳水平更高的中新世。
卡里略说，曼恩研究小组目前正在努力更好地了解碳循环的工作原理以及滞后行为发生的原因，并正在使用空间分辨率更高的新版CLIMBER，以更好地分析格陵兰冰盖。
编译自/ScitechDaily